Teori dhasar piranti filtrasi magnetik
Mekanisme panyaring piranti panyaring magnetik kanggo partikel gedhe ing sinar plasma kaya ing ngisor iki:
Nggunakake bedane antarane plasma lan partikel gedhe sing ngisi daya lan rasio muatan-massa, ana "alangan" (bisa baffle utawa tembok tabung mlengkung) sing ana ing antarane substrat lan permukaan katoda, sing ngalangi partikel apa wae sing obah ing garis lurus antarane katoda lan substrat, dene ion bisa dibelokkan dening medan magnet lan ngliwati "alangan" menyang substrat.
Prinsip kerja piranti filtrasi magnetik
Ing medan magnet, Pe<
Pe lan Pi iku jari-jari Larmor elektron lan ion, lan a iku diameter njero filter magnetik. Elektron ing plasma kena pengaruh gaya Lorentz lan muter ing sadawane medan magnet kanthi aksial, dene medan magnet kurang pengaruh marang kluster ion amarga bedane antarane ion lan elektron ing radius Larmor. Nanging, nalika elektron obah ing sadawane sumbu piranti filter magnetik, bakal narik ion ing sadawane aksial kanggo gerakan rotasi amarga fokus lan medan listrik negatif sing kuwat, lan kecepatan elektron luwih gedhe tinimbang ion, saengga elektron terus-terusan narik ion maju, dene plasma tansah tetep netral sacara listrik. Partikel gedhe netral sacara listrik utawa rada negatif, lan kualitase luwih gedhe tinimbang ion lan elektron, umume ora kena pengaruh medan magnet lan gerakan linier ing sadawane inersia, lan bakal disaring sawise tabrakan karo tembok njero piranti.
Ing sangisore fungsi gabungan saka kelengkungan medan magnet sing mlengkung lan hanyutan gradien lan tabrakan ion-elektron, plasma bisa dibelokkan ing piranti filtrasi magnetik. Ing Model teoretis umum sing digunakake saiki yaiku model fluks Morozov lan model rotor kaku Davidson, sing duwe fitur umum ing ngisor iki: ana medan magnet sing ndadekake elektron obah kanthi cara heliks sing ketat.
Kekuwatan medan magnet sing nuntun gerakan aksial plasma ing piranti filtrasi magnetik kudu kaya mangkene:
Mi, Vo, lan Z minangka massa ion, kecepatan transportasi, lan jumlah muatan sing digawa. a minangka diameter njero filter magnetik, lan e minangka muatan elektron.
Perlu dicathet yen sawetara ion energi sing luwih dhuwur ora bisa kaiket kanthi lengkap dening sinar elektron. Ion kasebut bisa tekan tembok njero filter magnetik, saengga tembok njero duwe potensial positif, sing banjur ngalangi ion supaya ora terus tekan tembok njero lan nyuda mundhut plasma.
Miturut fenomena iki, tekanan bias positif sing cocog bisa ditrapake ing tembok piranti filter magnetik kanggo nyegah tabrakan ion lan ningkatake efisiensi transportasi ion target.
Klasifikasi piranti filtrasi magnetik
(1) Struktur linier. Medan magnet tumindak minangka pandhuan kanggo aliran sinar ion, nyuda ukuran titik katoda lan proporsi kluster partikel makroskopik, nalika nambah tabrakan ing plasma, nyebabake konversi partikel netral dadi ion lan nyuda jumlah kluster partikel makroskopik, lan kanthi cepet nyuda jumlah partikel gedhe nalika kekuatan medan magnet mundhak. Dibandhingake karo metode pelapisan ion multi-busur konvensional, piranti terstruktur iki ngatasi pengurangan efisiensi sing signifikan sing disebabake dening metode liyane lan bisa njamin tingkat deposisi film sing tetep nalika nyuda jumlah partikel gedhe udakara 60%.
(2) Struktur tipe kurva. Sanajan strukture nduweni macem-macem wujud, nanging prinsip dhasare padha. Plasma obah miturut fungsi gabungan medan magnet lan medan listrik, lan medan magnet digunakake kanggo mbatesi lan ngontrol plasma tanpa mbelokkan gerakan ing sadawane arah garis gaya magnet. Lan partikel sing ora diisi bakal obah ing sadawane linier lan dipisahake. Film sing disiapake dening piranti struktural iki nduweni kekerasan sing dhuwur, kekasaran permukaan sing endhek, kapadhetan sing apik, ukuran butiran sing seragam, lan adhesi dasar film sing kuwat. Analisis XPS nuduhake yen kekerasan permukaan film ta-C sing dilapisi piranti jinis iki bisa tekan 56 GPa, mula piranti struktur mlengkung minangka metode sing paling akeh digunakake lan efektif kanggo mbusak partikel gedhe, nanging efisiensi transportasi ion target kudu luwih ditingkatake. Piranti filtrasi magnetik lengkungan 90° minangka salah sawijining piranti struktur mlengkung sing paling akeh digunakake. Eksperimen ing profil permukaan film Ta-C nuduhake yen profil permukaan piranti filtrasi magnetik lengkungan 360° ora owah akeh dibandhingake karo piranti filtrasi magnetik lengkungan 90°, mula efek filtrasi magnetik lengkungan 90° kanggo partikel gedhe bisa digayuh. Piranti filtrasi magnetik lengkungan 90° utamane duwe rong jinis struktur: siji yaiku solenoid lengkungan sing diselehake ing ruang vakum, lan liyane diselehake ing njaba ruang vakum, lan bedane mung ana ing strukture. Tekanan kerja piranti filtrasi magnetik lengkungan 90° ana ing urutan 10-2Pa, lan bisa digunakake ing macem-macem aplikasi, kayata lapisan nitrida, oksida, karbon amorf, film semikonduktor lan film logam utawa non-logam.
Efisiensi piranti filtrasi magnetik
Amarga ora kabeh partikel gedhe bisa kelangan energi kinetik nalika tabrakan terus-terusan karo tembok, sawetara partikel gedhe bakal tekan substrat liwat saluran pipa. Mulane, piranti filtrasi magnetik sing dawa lan sempit duwe efisiensi filtrasi partikel gedhe sing luwih dhuwur, nanging ing wektu iki bakal nambah mundhut ion target lan ing wektu sing padha nambah kerumitan struktur. Mulane, mesthekake yen piranti filtrasi magnetik duwe penghapusan partikel gedhe sing apik banget lan efisiensi transportasi ion sing dhuwur minangka prasyarat sing dibutuhake kanggo teknologi lapisan ion multi-busur supaya duwe prospek aplikasi sing jembar ing panyimpenan film tipis kinerja dhuwur. Operasi piranti filtrasi magnetik dipengaruhi dening kekuatan medan magnet, bias lengkungan, aperture baffle mekanik, arus sumber busur lan sudut kedadeyan partikel sing diisi daya. Kanthi nyetel parameter sing cukup saka piranti filtrasi magnetik, efek penyaringan partikel gedhe lan efisiensi transfer ion target bisa ditingkatake kanthi efektif.
Wektu kiriman: 08-Nov-2022